KR102220399B1 - 다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 수신 장치가 피드백 정보(feedback information)를 송신하는 방법에 있어서, 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들 중 적어도 하나의 안테나 그룹에 대한 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID)와, 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보를 상기 신호 송신 장치로 송신하는 과정을 포함하며, 상기 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 한다.

Description

다중 입력 다중 출력 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING USER EQUIPMENT AND PERFORMING BEAM FORMING OPERATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SCHEME}
본 발명은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO, 이하 ‘MIMO’라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍(beam forming) 동작 수행 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 시스템에서는 신호 송신 장치가 상기 신호 송신 장치와 신호 수신 장치 간의 채널 정보를 사용함으로써 상기 무선 통신 시스템의 전체 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
상향 링크 채널에 대한 채널 정보를 사용하여 하향 링크 채널에 대한 채널 정보를 획득할 수 있는 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing: TDD, 이하 ‘TDD’라 칭하기로 한다) 통신 시스템과는 달리, 상향 링크에서 사용되는 주파수와 하향 링크에서 사용되는 주파수가 다른 주파수 분할 듀플렉싱(Frequency Division Duplexing: FDD, 이하 ‘FDD’라 칭하기로 한다) 통신 시스템의 경우 상기 상향 링크에서의 채널과 상기 하향 링크에서의 채널은 상호 독립적이기 때문에 신호 송신 장치는 신호 수신 장치로부터 채널 정보를 나타내는 피드백 정보를 수신해야만 한다. 여기서, 상기 피드백 정보를 송신하기 위해 사용되는 자원은 상기 FDD 통신 시스템의 자원 효율성을 저하시킬 뿐만 아니라, 상기 피드백 정보를 송신하기 위해 사용되는 자원은 제한될 수 밖에 없고, 따라서 효율적인 피드백 방식이 필요로 된다. 여기서, 상기 피드백 정보는 상기 채널 정보를 양자화함으로써 생성되고, 상기 피드백 정보를 송/수신하는데 사용되는 자원이 피드백 자원이다.
상기 신호 송신 장치가 상기 피드백 정보를 사용할 경우, 상기 FDD 통신 시스템의 성능이 저하되게 되는데, 특히 상기 FDD 통신 시스템이 다수의 사용자 단말기(User Equipment)들에게 동시에 서비스를 제공하는 다중 사용자 다중 안테나 시스템(multi-user multi-antenna system)일 경우 상기 피드백 정보의 사용으로 인한 성능 저하게 더욱 심각하게 발생한다. 따라서, 상기 다중 사용자 다중 안테나 시스템에서 효율적인 채널 피드백 방식에 대한 필요성이 더욱 증가하게 된다.
한편, 제한된 피드백 자원을 사용하는 무선 통신 시스템의 성능은 효율적인 사용자 단말기 선택을 통해 증가될 수 있다. 여기서, 상기 무선 통신 시스템으로부터 서비스를 제공받고 있는 사용자 단말기들 각각은 기지국이 효율적으로 사용자 단말기를 선택하기 위해 피드백 정보 뿐만 아니라, 상기 사용자 단말기들 각각이 획득할 수 있는 성능에 관련된 성능 정보를 상기 기지국으로 송신해야만 한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 사용자 단말기들 각각으로부터 수신한 피드백 정보와 성능 정보를 기반으로 최적의 사용자 단말기를 선택하고, 상기 선택한 사용자 단말기로 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 최근 다중 안테나 시스템의 성능을 증가시키기 위하여 많은 개수의 안테나들을 사용하는 Large-MIMO 통신 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그런데, 상기 Large-MIMO 통신 시스템에서는 채널의 dimension이 커지기 때문에, 사용자 단말기들로부터 수신해야 하는 피드백 정보의 양이 크게 증가한다. 또한, 상기 사용자 단말기들의 개수가 증가할 경우 낮은 복잡도를 가지면서도, 높은 성능을 획득할 수 있는 사용자 단말기 선택 및 송신 빔(transmission beam) 디자인 방식 등이 필요로 하게 된다.
한편, 기존의 무선 통신 시스템에서는 사용자 단말기당 사용 가능한 피드백 정보 비트 수가 주어졌을 경우, 상기 무선 통신 시스템의 시스템 성능 저하를 정량적으로 분석하는 연구가 주로 진행되어 왔다. 이뿐만 아니라, 기존의 무선 통신 시스템에서는 주어진 피드백 용량 하에서 어떻게 필요한 피드백 정보를 양자화할 것인지, 상기 양자화된 피드백 정보를 바탕으로 어떻게 송신 빔을 형성할 것인지에 관한 연구가 주로 진행되어 왔다.
또한, 기존의 무선 통신 시스템에서는 피드백 정보 관련 연구시 다중 안테나의 사용이 고려되기는 하였지만, 비교적 많은 개수, 일 예로 수십 개 이상의 안테나들을 사용하는 Large-MIMO 방식이 고려되지는 않았다.
또한, 기존의 무선 통신 시스템에서는 제한된 피드백 환경 하에서 많은 사용자 단말기들이 존재할 경우, 어떤 사용자 단말기를 선택하여 어떻게 빔 포밍 방식을 적용할 것인지에 대한 연구도 많이 이루어지고 있지는 않은 상태이다.
따라서, MIMO 방식을 사용하면서도, 빔 포밍 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에 적합한 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한, MIMO 방식을 사용하면서도, 빔 포밍 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 효율적으로 사용자 단말기를 선택하고 빔 포밍 동작을 수행하기 위한 피드백 정보 송/수신 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 효율적으로 사용자 단말기를 선택하고 빔 포밍 동작을 수행하기 위한 피드백 정보 송/수신 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 자원을 최소화시켜 사용자 단말기를 선택하고, 빔 포밍 동작을 수행하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 수신 장치에 있어서, 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들 중 적어도 하나의 안테나 그룹에 대한 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID)와, 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보(feedback information)를 상기 신호 송신 장치로 송신하는 송신부를 포함하며, 상기 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 다른 장치는; 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 송신 장치에 있어서, 신호 수신 장치로부터 상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들 중 적어도 하나의 안테나 그룹에 대한 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID)와, 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보(feedback information)를 수신하는 수신부를 포함하며, 상기 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 수신 장치가 피드백 정보(feedback information)를 송신하는 방법에 있어서, 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들 중 적어도 하나의 안테나 그룹에 대한 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID)와, 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보를 상기 신호 송신 장치로 송신하는 과정을 포함하며, 상기 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 다른 방법은; 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 송신 장치가 피드백 정보(feedback information)를 수신하는 방법에 있어서, 신호 수신 장치로부터 상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들 중 적어도 하나의 안테나 그룹에 대한 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID)와, 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함하며, 상기 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하면서, 빔 포밍 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에 적합한 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행을 가능하게 한다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하면서, 빔 포밍 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 효율적으로 사용자 단말기를 선택하고 빔 포밍 동작을 수행하기 위한 피드백 정보 송/수신을 가능하게 한다는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예는 MIMO 방식을 사용하면서, 빔 포밍 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 최소의 피드백 자원을 사용하면서도 효율적으로 안테나들을 운용하는 것을 가능하게 한다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 따른 메시지 송/수신 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 피드백 정보 수신 및 안테나 그룹 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1양자화 방식이 사용될 경우의 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2양자화 방식이 사용될 경우의 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국이 피드백 정보를 사용하여 사용자 단말기를 선택하는 과정을 개략적으로 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO, 이하 ‘MIMO’라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍(beam forming) 동작 수행 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 효율적으로 사용자 단말기를 선택하고 빔 포밍 동작을 수행하기 위한 피드백 정보(feedback information) 송/수신 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 피드백 자원을 최소화시켜 사용자 단말기를 선택하고, 빔 포밍 동작을 수행하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 장치 및 방법은 라지-MIMO(Large-MIMO, 이하 ‘Large-MIMO’라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템을 일 예로 하여 설명하기로 한다.
또한, 롱 텀 에볼루션(long term evolution: LTE, 이하 ‘LTE’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 롱 텀 에볼루션-어드밴스드(long term evolution advanced: LTE-A, 이하 ‘LTE-A’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 고속 하향 링크 패킷 접속(high speed downlink packet access: HSDPA, 이하 ‘HSDPA’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 고속 상향 링크 패킷 접속(high speed uplink packet access: HSUPA, 이하 ‘HSUPA’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 3세대 프로젝트 파트너쉽 2(3rd generation project partnership 2: 3GPP2, 이하 ‘3GPP2’라 칭하기로 한다)의 고속 레이트 패킷 데이터(high rate packet data: HRPD, 이하 ‘HRPD’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 3GPP2의 광대역 부호 분할 다중 접속(WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access, 이하 ‘WCDMA’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 3GPP2의 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 ‘WCDMA’라 칭하기로 한다) 이동 통신 시스템과, 국제 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE, 이하 ‘IEEE’라 칭하기로 한다) 802.16m 이동 통신 시스템과 같은 다양한 통신 시스템들 역시 Large-MIMO 방식을 사용할 경우 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 장치 및 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 Large-MIMO 방식은 미리 설정되어 있는 개수 이상의 안테나들을 사용하는 MIMO 방식을 나타내며, 상기 Large-MIMO 방식에서 사용되는 안테나들의 개수에는 제한이 없음은 물론이다. 이하, 설명의 편의상 Large-MIMO 방식을 사용하는 무선 통신 시스템을 ‘Large-MIMO 무선 통신 시스템’이라 칭하기로 한다.
그러면 여기서, 먼저 종래의 무선 통신 시스템에서 사용되고 있는 피드백 정보 송/수신 방법과, 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 방법이 Large-MIMO 무선 통신 시스템에 부적합한 이유에 대해서 설명하기로 한다.
첫 번째로, 종래의 무선 통신 시스템에서 사용되고 있는 피드백 정보 송/수신 방법이 Large-MIMO 무선 통신 시스템에 부적합한 이유에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 종래의 무선 통신 시스템에서 사용되고 있는 피드백 정보 송/수신 방법은 서비스를 제공받고 있는 모든 사용자 단말기들이 모든 채널들에 대한 채널 정보를 피드백하므로 채널 정보에 대한 정확도가 저하된다는 문제점이 있다.
종래의 무선 통신 시스템에서는 사용자 단말기들이 상기 사용자 단말기들 각각이 겪는 모든 채널들에 대한 채널 정보를 양자화하여 피드백 정보로 생성하고, 상기 피드백 정보를 신호 송신 장치, 일 예로 기지국으로 송신하고, 상기 기지국은 상기 피드백 정보를 바탕으로 빔 포밍 동작을 수행한다.
그런데, 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 기지국이 많은 개수의 안테나들을 구비하고 있으므로 사용자 단말기당 피드백 용량이 제한되어 있을 경우, 많은 개수의 안테나들을 반영하는 채널에 대한 채널 정보가 양자화되면 그 채널 정보 양자화 오차가 증가하게 된다. 이 경우, 증가하는 채널 정보 양자화 오차는 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 전체 시스템 성능을 크게 저하시키게 된다.
두 번째로, 종래의 무선 통신 시스템에서 사용되고 있는 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작 수행 방법이 Large-MIMO 무선 통신 시스템에 부적합한 이유에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 다수 개의 사용자 단말기들이 존재할 경우, 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 행렬(matrix) 검출은 일반적으로 채널 정보를 완벽히 알고 있는 상황에서 조차 쉽지 않다. 따라서, 정확한 피드백 정보가 보장되지 않을 경우, 다수의 사용자 단말기들 중 몇 개의 사용자 단말기들을 선택할 지, 또한 상기 다수의 사용자 단말기들 중 어느 사용자 단말기들을 선택할지, 또한 선택된 사용자 단말기들에 대해서 어떤 빔 포밍 패턴(pattern)을 사용하여 신호를 송/수신해야할 지 검출하기 위한 복잡도가 크게 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 최소의 피드백 자원량을 사용하여 정확한 피드백 정보를 제공하면서도, 효율적으로 사용자 단말기를 선택하고, 빔 포밍 동작을 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제안한다.
그러면 여기서 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 기지국(100)과, K개의 사용자 단말기들(110)을 포함한다.
상기 기지국(100)은 M개의 안테나들을 구비하고, 상기 K개의 사용자 단말기들(110) 각각은 미리 설정된 개수, 일 예로 a개의 피드백 정보 비트들을 사용한다고 가정하기로 한다. 여기서, 상기 피드백 정보 비트들은 피드백 정보가 포함하는 비트들을 나타낸다. 또한, 상기 K개의 사용자 단말기들(110)은 상기 기지국(100)과 서로 다른 거리에 위치하고 있기 때문에, 상기 K개의 사용자 단말기들(110) 각각이 상기 기지국(100)으로부터 수신하는 신호가 겪는 경로 손실(path loss)은 다르게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서 상기 기지국(100)은 상기 기지국이 서비스를 제공하는 사용자 단말기들의 개수와 피드백 정보 비트들의 개수에 따라 상기 기지국(100)이 구비하는 안테나들을 안테나 그룹(group)들로 그룹핑한다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 기지국(200)과 K개의 사용자 단말기들(210)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 먼저 상기 기지국(200)은 사용자 단말기들의 개수 및 피드백 정보 용량, 즉 피드백 정보 비트들의 개수를 고려하여 상기 기지국(200)이 구비하고 있는 전체 안테나들, 일 예로 M개의 안테나들을 S개의 안테나 그룹들로 그룹핑하고, 상기 안테나 그룹들 각각에 대한 기준 신호(reference signal), 일 에로 파일럿 신호(pilot signal)을 송신한다(211). 여기서, 상기 기준 신호는 해당 안테나 그룹을 구분하기 위해 발송되며, 상기 기준 신호의 형태는 다양하게 구현될 수 있음은 물론이다.
그리고, 상기 K개의 사용자 단말기들(210) 각각은 상기 K개의 사용자 단말기들(210) 각각이 서비스를 제공받고 싶은 안테나 그룹을 선택하고, 상기 선택한 안테나 그룹을 나타내는 안테나 그룹 정보와 상기 선택한 안테나 정보를 사용할 경우 해당 사용자 단말기가 획득할 수 있는 채널 품질에 대한 정보를 피드백 정보로 생성한다. 여기서, 상기 채널 품질은 일 예로 수신 신호 코드 전력(RSCP: received signal code power, 이하 ‘RSCP’라 칭하기로 한다)과, 기준 신호 수신 전력(RSRP: reference signal received power, 이하 ‘RSRP’라 칭하기로 한다)과, 기준 신호 강도 지시자(RSSI: reference signal strength indicator, 이하 ‘RSSI’라 칭하기로 한다)와, 기준 신호 수신 품질(RSRQ: reference signal received quality, 이하 ‘RSRQ’라 칭하기로 한다)과, 캐리어대 간섭 잡음비(SINR: carrier-to-interference ratio, 이하 ‘SINR’라 칭하기로 한다)와, 신호대 잡음비(SNR: signal-to-noise ratio, 이하 ‘SNR’라 칭하기로 한다)와, 블록 에러 레이트(BLER: block error rate, 이하 ‘BLER’라 칭하기로 한다) 등 중 어느 하나가 될 수 있다.
그리고, 상기 K개의 사용자 단말기들(210) 각각은 상기 생성한 피드백 정보를 상기 기지국(200)으로 송신한다(213).
상기 기지국(200)은 상기 K개의 사용자 단말기들(210)로부터 수신한 피드백 정보를 바탕으로 상기 S개의 안테나 그룹들 각각에 대해 적어도 1개의 사용자 단말기를 선택하고, 상기 사용자 단말기 선택을 고려하여 빔 포밍 행렬을 생성한다. 그리고 나서, 상기 빔 포밍 행렬에 상응하게 상기 선택된 사용자 단말기들로 동시에 서비스를 제공한다(215).
도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 따른 메시지 송/수신 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 따른 메시지 송/수신 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 K개의 사용자 단말기들(300)과 기지국(310)을 포함한다.
먼저, 상기 K개의 사용자 단말기들(300)은 주기적으로 업링크 기준 신호, 일 예로 업링크 파일럿 신호를 송신한다(311단계). 여기서, 상기 업링크 기준 신호는 상기 기지국(310)이 해당 사용자 단말기들을 검출하도록 송신되는 신호로서, 상기 업링크 기준 신호는 상기 업링크 파일럿 신호 뿐만 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 기지국(310)은 상기 기지국(310)이 서비스를 제공하는 사용자 단말기들의 개수를 검출한다(313단계). 상기 기지국(310)은 상기 검출한 사용자 단말기들의 개수 및 피드백 정보 비트들의 개수를 고려하여 상기 기지국(310)이 구비하고 있는 안테나들을 몇 개의 안테나 그룹들로 그룹핑할 지 결정한다(315단계).
상기 기지국(310)은 안테나 그룹 정보를 브로드캐스팅(broadcasting)하고(317단계), 해당 안테나 그룹별로 기준 신호를 송신한다(319단계). 여기서, 상기 안테나 그룹 정보는 상기 안테나 그룹들에 대한 정보를 나타내며, 상기 안테나 그룹들 각각의 안테나 그룹 식별자(Identifier: ID, 이하 ‘ID’라 칭하기로 한다)와 해당 안테나 그룹이 포함하는 안테나들에 대한 정보를 포함한다. 또한, 상기 안테나 그룹별로 송신되는 기준 신호는 일 예로 파일럿 신호가 될 수 있으며, 상기 안테나 그룹별로 송신되는 기준 신호는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 K개의 사용자 단말기들(300) 각각은 상기 안테나 그룹 정보와, 안테나 그룹들 별로 송신되는 기준 신호들을 수신하고, 상기 수신한 안테나 그룹 정보와 기준 신호들을 사용하여 상기 S개의 안테나 그룹들 중 어떤 안테나 그룹을 사용할지 결정한다. 그리고, 상기 K개의 사용자 단말기들(300) 각각은 상기 결정한 안테나 그룹을 사용하여 획득할 수 있는 성능을 계산하고, 상기 선택한 안테나 그룹과 계산된 성능에 관련된 정보를 피드백 정보로 생성한다(321단계). 그리고 나서, 상기 K개의 사용자 단말기들(300) 각각은 상기 K개의 사용자 단말기들(300) 각각이 생성한 피드백 정보를 상기 기지국(300)으로 송신한다(323단계).
상기 기지국(310)은 상기 K개의 사용자 단말기들(300)로부터 피드백 정보를 수신하고, 상기 K개의 사용자 단말기들(300)로부터 수신한 피드백 정보를 바탕으로 사용자 단말기들을 선택한다. 그리고, 상기 선택한 사용자 단말기들에 상응하게 빔 포밍 행렬을 생성하고, 상기 생성한 빔 포밍 행렬에 상응하게 상기 K개의 사용자 단말기들(300)에 대한 서비스를 제공한다(327단계).
도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정에 따른 메시지 송/수신 과정에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국이 피드백 정보를 수신하고 안테나 그룹을 할당하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 피드백 정보 수신 및 안테나 그룹 할당 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 기지국은 총 M개의 안테나들을 구비하고 있다고 가정하기로 한다. 상기 기지국은 상기 기지국이 서비스를 제공하고 있는 사용자 단말기들의 개수와 피드백 정보 비트들의 개수에 따라 상기 M개의 안테나들을 몇 개의 안테나 그룹으로 그룹핑할지 결정한다. 여기서, 안테나 그룹의 총 개수를 S라고 가정하기로 하고, 상기 안테나 그룹의 총 개수 S는 상기 기지국이 사용하고 있는 무선 주파수(Radio Frequency: RF, 이하 ‘RF’라 칭하기로 한다) 체인(chain)의 개수보다는 작게 설정되어야 한다.
상기 M개의 안테나들을 총 S개의 안테나 그룹들로 그룹핑하고, 피드백 정보 비트들의 개수가 b라고 가정할 경우, 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템이 획득할 수 있는 성능은 하기 수학식 1과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112013094892718-pat00001
상기 수학식 1에서, P는 기지국의 송신 전력을 나타내고, M은 상기 기지국이 구비하고 있는 안테나들의 개수를 나타내고, K는 상기 기지국이 서비스를 제공하고 있는 사용자 단말기들의 개수를 나타내고, S는 안테나 그룹들의 개수를 나타내고, hs는 s번째 안테나 그룹을 사용하는 사용자 단말기의 채널을 나타내고, vs는 s번째 안테나 그룹에 적용되는 빔포밍 벡터(vector)를 나타낸다.
상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 사용자 단말기들의 개수가 증가하고 피드백 정보 비트들의 개수가 증가할 수록 안테나 그룹들의 개수가 증가되어야 한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 기지국은 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같은, Large-MIMO 무선 통신 시스템이 획득할 수 있는 성능이 최대가 되도록 상기 안테나 그룹들의 개수 S를 결정해야 한다.
한편, 상기 K개의 사용자 단말기들 각각으로부터 송신되는 피드백 정보에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 K개의 사용자 단말기들 각각은 자신이 결정한 안테나 그룹을 나타내는 안테나 그룹 ID와, 상기 결정한 안테나 그룹에 해당하는 채널 방향 정보(Channel Direction Information: CDI)과, 상기 결정한 안테나 그룹을 사용할 경우 평균적으로 획득할 수 있는 채널 품질을 나타내는 채널 품질 정보(Channel Quality Information: CQI, 이하 ‘CQI’라 칭하기로 한다)를 송신한다. 여기서, 안테나 그룹 ID와 CDI와, CQI가 피드백 정보로서 생성되며, 상기 피드백 정보가 포함하는 안테나 그룹 ID들의 개수는 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 상황에 따라 제한없이 결정될 수 있다. 일 예로, 피드백 정보는 1개의 안테나 그룹 ID만을 포함할 수도 있고, 혹은 S개의 안테나 그룹들 중 N개의 안테나 그룹들에 대한 안테나 그룹 ID들을 포함할 수도 있음은 물론이다.
그러면 여기서 하기 표 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 피드백 정보의 포맷(format)에 대해서 설명하기로 한다.
안테나 그룹 ID CDI 인덱스 평균 CQI 안테나 그룹 ID CDI 인덱스 평균 CQI
C 1 9dB D 3 15dB
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 피드백 정보는 안테나 그룹 ID와, CDI 인덱스와, 평균 CQI를 포함한다.
상기 표 1에도 나타낸 바와 같이, 상기 피드백 정보가 포함하는 안테나 그룹 ID들의 개수가 N개일 경우, 상기 N개의 안테나 그룹들은 다양한 형태로 선택될 수 있으며, 일 예로 임계값(threshold value) 기반 방식과, 비율(ratio) 기반 방식과, 최대값 기반 방식 등을 사용하여 선택될 수 있으며, 상기 임계값 기반 방식과, 비율 방식 및 최대값 기반 방식에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1) 임계값 기반 방식
상기 임계값 기반 방식은 상기 S개의 안테나 그룹들 중 해당 가입자 단말기가 획득할 수 있는 성능이 미리 설정되어 있는 임계값 이상인 N개의 안테나 그룹들에 대한 안테나 그룹 ID들을 상기 피드백 정보에 포함시키는 방식이다.
(2) 비율 기반 방식
상기 비율 기반 방식은 1개의 안테나 그룹을 사용하여 해당 가입자 단말기가 획득할 수 있는 성능이 2개 이상의 안테나 그룹들을 사용하여 해당 가입자 단말기가 획득할 수 있는 성능보다 미리 설정되어 있는 설정 비율 이상인 N개의 안테나 그룹들에 대한 안테나 그룹 ID들을 상기 피드백 정보에 포함시키는 방식이다.
(3) 최대값 기반 방식
상기 최대값 기반 방식은 상기 S개의 안테나 그룹들 중 최대 채널 품질을 나타내는 안테나 그룹을 포함하여 채널 품질이 높은 총 N개의 안테나 그룹들에 대한 안테나 그룹 ID들을 상기 피드백 정보에 포함시키는 방식이다.
또한, 상기에서는 상기 임계값 기반 방식과, 비율 방식 및 최대값 기반 방식을 기반으로 안테나 그룹 ID들을 선택하는 경우에 대해서 설명하였으나, 상기 안테나 그룹 ID들을 선택하는 방식에는 제한이 없음은 물론이다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 양자화 방식 및 빔 포밍 방식에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, K개의 사용자 단말기들 각각은 b개의 피드백 정보 비트들 중 a개의 피드백 정보 비트들을 사용하여 해당 안테나 그룹에 대한 CDI를 양자화하며, 상기 CDI를 양자화하는 방식에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1) 제1양자화 방식
상기 제1양자화 방식은 사용자 단말기가 상기 사용자 단말기 자신이 선택한 안테나 그룹에 대한 CDI를 양자화하는 방식이다. 그리고, 상기 사용자 단말기는 상기 양자화한 CDI를 포함하는 피드백 정보를 기지국으로 송신한다.
그러면, 상기 기지국은 K개의 사용자 단말기들로부터 수신한 피드백 정보를 사용하여 각 안테나 그룹별로 최대의 성능을 획득할 수 있는 사용자 단말기를 선택하고, 각 안테나 그룹에 대해 선택된 사용자 단말기들로 서비스를 제공한다. 이 경우, 해당 안테나 그룹을 위한 프리코딩(pre-coding) 서브 행렬(sub-matrix)은 상기 기지국 자신의 안테나 그룹에 대한 채널 정보로부터 획득된다.
한편, 상기 기지국이 추가적인 송신 방식, 일 예로 제로 포싱(Zero Forcing: ZF, 이하 ‘ZF’라 칭하기로 한다) 방식 등과 같은 추가적인 송신 방식을 사용할 경우 1개의 안테나 그룹을 사용하여 2개 이상의 사용자 단말기들을 서비스할 수도 있게 된다. 여기서, 상기 추가적인 송신 방식은 상기 ZF 방식 이외에도 다양하게 존재할 수 있으며, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
그러면 여기서 도 5a 내지 도 5b를 참조하여 상기 제1양자화 방식에 대해서 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1양자화 방식이 사용될 경우의 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 먼저 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 4개의 안테나 그룹들, 즉 안테나 그룹 # A와, 안테나 그룹 # B와, 안테나 그룹 # C와, 안테나 그룹 # D를 포함하며, 총 4개의 사용자 단말기들, 즉 사용자 단말기 #1(511)과, 사용자 단말기 #2(513)과, 사용자 단말기 #3(515)과, 사용자 단말기 #4(517)와, 사용자 단말기 #5(519)를 포함한다.
상기 사용자 단말기 #1(511)은 안테나 그룹 # A를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #2(513)는 안테나 그룹 #D를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #3(515)은 안테나 그룹 #B를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #4(517)는 안테나 그룹 #B를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #5(519)는 안테나 그룹 # C를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #1(511)과, 사용자 단말기 #2(513)과, 사용자 단말기 #3(515)과, 사용자 단말기 #4(517)와, 사용자 단말기 #5(519) 각각은 자신이 선택한 안테나 그룹에 대해 양자화된 CDI를 포함하는 피드백 정보를 상기 기지국(500)으로 송신한다.
그러면, 기지국 입장에서는 참조 번호 520에 나타낸 바와 같은 안테나 그룹별 해당 가입자 단말기의 CSI를 인식할 수 있게 되고, 따라서 참조 번호 530에 나타낸 바와 같이 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 특히, 참조 번호 520에 나타낸 바와 같이 안테나 그룹 #B를 선택한 사용자 단말기는 2개이고, 따라서 상기 기지국(500)은 ZF 방식을 사용하여 상기 사용자 단말기 #3(515) 및 사용자 단말기 #4(517)에 대한 서비스를 제공한다.
(2) 제2양자화 방식
상기 제2양자화 방식은 사용자 단말기 자신이 선택한 안테나 그룹을 제외한 나머지 안테나 그룹들에 대한 CDI를 양자화하는 방식이다. 그리고, 상기 사용자 단말기는 상기 양자화한 CDI를 포함하는 피드백 정보를 기지국으로 송신한다.
이 경우, 상기 사용자 단말기 자신이 선택한 안테나 그룹을 제외한 나머지 안테나 그룹들이 상기 사용자 단말기 자신을 제외한 다른 사용자 단말기들에게 간섭으로서 작용될 수 있으므로, 상기 기지국은 상기 제1양자화 방식에서 설명한 바와 같이 추가적인 송신 방식, 일 예로 ZF 방식 등과 같은 추가적인 송신 방식을 사용하여 다른 사용자 단말기들에게 발생하는 간섭을 최소화시킬 수 있다. 여기서, 상기 추가적인 송신 방식은 상기 ZF 방식 이외에도 다양하게 존재할 수 있으며, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
그러면 여기서 도 6a 내지 도 6b를 참조하여 상기 제2양자화 방식에 대해서 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2양자화 방식이 사용될 경우의 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 먼저 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템은 4개의 안테나 그룹들, 즉 안테나 그룹 # A와, 안테나 그룹 # B와, 안테나 그룹 # C와, 안테나 그룹 # D를 포함하며, 총 4개의 사용자 단말기들, 즉 사용자 단말기 #1(611)과, 사용자 단말기 #2(613)과, 사용자 단말기 #3(615)과, 사용자 단말기 #4(617)와, 사용자 단말기 #5(619)를 포함한다.
상기 사용자 단말기 #1(611)은 안테나 그룹 # A를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #2(613)는 안테나 그룹 #D를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #3(615)은 안테나 그룹 #B를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #4(617)는 안테나 그룹 #B를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #5(619)는 안테나 그룹 # C를 선택하였고, 상기 사용자 단말기 #1(611)과, 사용자 단말기 #2(613)과, 사용자 단말기 #3(615)과, 사용자 단말기 #4(617)와, 사용자 단말기 #5(619) 각각은 자신이 선택한 안테나 그룹에 이외의 나머지 그룹들에 대해 양자화된 CDI를 포함하는 피드백 정보를 상기 기지국(600)으로 송신한다.
그러면, 기지국 입장에서는 참조 번호 620에 나타낸 바와 같은 안테나 그룹별 해당 가입자 단말기의 CSI를 인식할 수 있게 되고, 따라서 참조 번호 630에 나타낸 바와 같이 프리코딩 행렬을 생성할 수 있다. 특히, 제2양자화 방식을 사용할 경우 해당 사용자 단말기는 자신이 선택한 안테나 그룹 이외의 안테나 그룹들에 대한 CSI를 송신하므로, 상기 기지국(600)은 ZF 방식을 사용하여 사용자 단말기 #1(611)과, 사용자 단말기 #2(613)과, 사용자 단말기 #3(615)과, 사용자 단말기 #4(617)와, 사용자 단말기 #5(619)에 대한 서비스를 제공한다.
한편, 하기 표 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 모든 사용자 단말기들이 송신하는 피드백 정보에 대해서 설명하면 다음과 같다.
안테나 그룹 ID CDI 인덱스 평균 CQI 안테나 그룹 ID CDI 인덱스 평균 CQI
사용자 단말기 #1 B 1 9dB A 3 15dB
사용자 단말기 #2 D 3 9dB C 2 16dB
사용자 단말기 #3 C 4 5dB A 2 7dB
사용자 단말기 #4 A 4 12dB D 1 14dB
상기 표 1은 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 기지국에서 사용하는 안테나 그룹들이 안테나 그룹 #A와, 안테나 그룹 #B와, 안테나 그룹 #C와, 안테나 그룹 #D로 구분되고, 상기 기지국에서 서비스를 제공하는 사용자 단말기들이 사용자 단말기 #1과, 사용자 단말기 #2와, 사용자 단말기 #3과, 사용자 단말기 #4이고, 해당 사용자 단말기가 2개의 안테나 그룹들을 피드백 정보에 포함할 안테나 그룹으로 선택할 경우 기지국에서 수신하는, 상기 사용자 단말기 #1과, 사용자 단말기 #2와, 사용자 단말기 #3과, 사용자 단말기 #4 각각에서 송신한 피드백 정보를 나타내고 있다.
한편, 표 2에서 나타낸 바와 같은 피드백 정보 수신 결과를 가지고 상기 기지국은 실제 사용자를 선택할 수 있으며, 일 예로 도 7을 참조하여 이에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국이 피드백 정보를 사용하여 사용자 단말기를 선택하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 설명하기에 앞서, 상기 기지국은 표 2에서 설명한 바와 같은 형태로 사용자 단말기 #1과, 사용자 단말기 #2와, 사용자 단말기 #3과, 사용자 단말기 #4로부터 피드백 정보를 수신하였다고 가정하기로 한다.
따라서, 상기 기지국은 안테나 그룹 #B를 사용하여 상기 사용자 단말기 #1에 대한 서비스를 제공하고, 상기 안테나 그룹 #C 및 안테나 그룹 #D를 사용하여 상기 사용자 단말기 #2에 대한 서비스를 제공하고, 안테나 그룹 #A를 사용하여 상기 사용자 단말기 #4에 대한 서비스를 제공한다.
한편, 상기 사용자 단말기 #3은 안테나 그룹 #C와 안테나 그룹 #A를 선택하여 그에 상응하는 피드백 정보를 송신하였으나, 상기 안테나 그룹 #C는 상기 사용자 단말기 #3보다는 상기 사용자 단말기 #2에 대한 서비스 제공시 사용될 경우 전체 시스템 성능이 향상될 수 있으므로 상기 사용자 단말기 #3이 아닌 사용자 단말기 #2에 대한 서비스 제공시 사용되고, 상기 안테나 그룹 #A는 상기 사용자 단말기 #3보다는 상기 사용자 단말기 #4에 대한 서비스 제공시 사용될 경우 전체 시스템 성능이 향상될 수 있으므로 상기 사용자 단말기 #3이 아닌 사용자 단말기 #4에 대한 서비스 제공시 사용되는 것이다.
도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템의 기지국에서 수신된 피드백 정보를 사용하여 사용자를 선택하는 과정에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 기지국(800)은 송신부(811)와, 제어부(813)와, 수신부(815)와, 저장부(817)를 포함한다.
먼저, 상기 제어부(813)은 상기 기지국(800)의 전반적인 동작을 제어하며, 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 동작을 제어한다. 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 동작에 대해서는 도 1 내지 도 7에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 송신부(811)는 상기 제어부(813)의 제어에 따라 다른 디바이스들, 혹은 사용자 단말기들로 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 각종 신호 및 각종 메시지들을 송신한다.
또한, 상기 수신부(815)는 상기 제어부(813)의 제어에 따라 다른 디바이스들, 혹은 사용자 단말기들로부터 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 각종 신호 및 각종 메시지들을 수신한다.
상기 저장부(817)는 상기 기지국(800)의 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 각종 프로그램(program)들과 각종 데이터 등을 저장한다. 또한, 상기 저장부(817)는 상기 수신부(815)가 수신한 각종 신호들 및 각종 메시지들을 저장한다.
한편, 도 8에는 상기 기지국(800)이 송신부(811)와, 제어부(813)와, 수신부(815)와, 저장부(817)과 같이 별도의 처리부들로 구현된 경우가 도시되어 있으나, 상기 기지국(800)은 상기 송신부(811)와, 제어부(813)와, 수신부(815)와, 저장부(817)가 통합된 1개의 처리부로 구현 가능함은 물론이다.
도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 기지국의 내부 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 사용자 단말기(900)은 송신부(911)와, 제어부(913)와, 수신부(915)와, 저장부(917)를 포함한다.
먼저, 상기 제어부(913)은 상기 사용자 단말기(900)의 전반적인 동작을 제어하며, 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 피드백 정보 생성 및 송신 동작에 관련된 동작을 제어한다. 상기 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 피드백 정보 생성 및 송신 동작에 관련된 동작에 대해서는 도 1 내지 도 7에서 설명하였으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 송신부(911)는 상기 제어부(913)의 제어에 따라 다른 디바이스들, 혹은 기지국으로 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 피드백 정보 생성 및 송신 동작에 관련된 각종 신호 및 각종 메시지들을 송신한다.
또한, 상기 수신부(915)는 상기 제어부(813)의 제어에 따라 다른 디바이스들, 혹은 사용자 단말기들로부터 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 사용자 단말기 선택 및 빔 포밍 동작에 관련된 각종 신호 및 각종 메시지들을 수신한다.
상기 저장부(917)는 상기 사용자 단말기(900)의 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 피드백 정보 생성 및 송신 동작에 관련된 각종 프로그램들과 각종 데이터 등을 저장한다. 또한, 상기 저장부(917)는 상기 수신부(915)가 수신한 각종 신호들 및 각종 메시지들을 저장한다.
한편, 도 9에는 상기 사용자 단말기(900)가 송신부(911)와, 제어부(913)와, 수신부(915)와, 저장부(917)과 같이 별도의 처리부들로 구현된 경우가 도시되어 있으나, 상기 사용자 단말기(900)는 상기 송신부(911)와, 제어부(913)와, 수신부(915)와, 저장부(917)가 통합된 1개의 처리부로 구현 가능함은 물론이다.
한편, 별도의 도면들로 도시하지는 않았으나 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서는 기지국 및 사용자 단말기들이 안테나 그룹 정보를 서로 알고 있어야만 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 기지국이 실제 사용자 단말기들과 통신을 수행하기 전에 안테나 그룹 정보를 미리 브로드캐스팅하거나, 혹은 기지국이 실제 사용자 단말기들과 통신을 시작하면서 상기 안테나 그룹 정보를 해당 사용자 단말기에게 상기 안테나 그룹 정보를 알려줄 수도 있다. 여기서, 상기 안테나 그룹 정보를 송신하는데 사용되는 메시지와, 채널은 그 제한이 없음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 Large-MIMO 무선 통신 시스템을 설명함에 있어 사용된 도면들에서는 해당 안테나 그룹이 인접한 안테나들을 포함하는 형태로 도시되어 있으나, 이는 단순히 설명을 위한 예제일 뿐 해당 안테나 그룹이 포함하는 안테나들은 그 제한없이 자유롭게 선택될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 Large-MIMO 무선 통신 시스템에서 피드백 정보가 안테나 그룹 ID와 나머지 정보, 일 예로 CQI 인덱스 및 평균 CQI를 포함하는 형태로 구현되는 경우를 설명하였으나, 이와는 달리 상기 안테나 그룹 ID와 나머지 정보를 모두 고려한 코드워드(codeword) 형태로 구현될 수 있음은 물론이다. 일 예로, 상기 피드백 정보가 2비트들로 구현될 경우, ‘00’, ‘01’, ‘10’, ‘11’의 총 4개의 코드워드들을 표현할 수 있으며, 이 경우 총 4개의 레벨들을 가지도록 상기 피드백 정보가 생성될 수 있는 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (28)

  1. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 수신 장치가 피드백 정보(feedback information)를 송신하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 안테나 그룹 중 하나를 선택하는 과정; 및
    상기 선택된 안테나 그룹의 식별자(Identifier: ID)와, 상기 선택된 안테나 그룹에 포함되는 적어도 하나의 안테나가 사용될 경우, 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 신호 송신 장치로 송신하는 과정을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹은 상기 신호 수신 장치들의 개수 및 상기 피드백 정보에 포함되는 피드백 정보 비트들의 개수에 기반하여, 상기 신호 송신 장치에 포함된 복수의 안테나가 그룹핑(grouping)되고,
    상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나의 안테나 그룹에 해당하는 채널 방향 정보 (Channel Direction Information: CDI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우, 상기 신호 수신 장치가 평균적으로 획득할 수 있는 채널 품질에 관련된 정보임을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들의 개수는 상기 신호 송신 장치가 사용하는 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 체인(chain)들의 개수 보다 작음을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수는 상기 피드백 정보 비트들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 사용하는 송신 전력과, 상기 신호 송신 장치가 포함하는 송신 안테나들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하는 상기 신호 수신 장치들의 개수를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수 S는 하기 수학식을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
    <수학식>
    Figure 112021000395655-pat00017

    상기 수학식에서, P는 상기 신호 송신 장치의 송신 전력을 나타내고, M은 상기 신호 송신 장치가 포함하는 안테나들의 개수를 나타내고, K는 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하고 있는 신호 수신 장치들의 개수를 나타내고, hs는 s번째 안테나 그룹을 사용하는 신호 수신 장치의 채널을 나타내고, vs는 s번째 안테나 그룹에 적용되는 빔포밍 벡터(vector)를 나타냄.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 적어도 두 개의 안테나 그룹들을 포함할 경우,
    상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보와 상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹을 제외한 나머지 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보 중 하나를 포함함을 특징으로 하는 피드백 정보 송신 방법.
  8. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 송신 장치가 피드백 정보(feedback information)를 수신하는 방법에 있어서,
    신호 수신 장치의 개수 및 상기 피드백 정보가 포함하는 피드백 정보 비트들의 개수를 기반으로 상기 신호 송신 장치에 포함된 복수의 안테나들을 적어도 하나의 안테나 그룹으로 그룹핑(grouping)하는 과정; 및
    상기 신호 수신 장치로부터 선택된 안테나 그룹의 식별자(Identifier: ID)와, 상기 선택된 안테나 그룹에 포함되는 적어도 하나의 안테나가 사용될 경우, 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하는 과정을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함하고,
    상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나의 안테나 그룹에 해당하는 채널 방향 정보 (Channel Direction Information: CDI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 평균적으로 획득할 수 있는 채널 품질에 관련된 정보임을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들의 개수는 상기 신호 송신 장치가 사용하는 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 체인(chain)들의 개수 보다 작음을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수는 상기 피드백 정보 비트들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 사용하는 송신 전력과, 상기 신호 송신 장치가 포함하는 송신 안테나들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하는 상기 신호 수신 장치들의 개수를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수 S는 하기 수학식을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
    <수학식>
    Figure 112021000395655-pat00018

    상기 수학식에서, P는 상기 신호 송신 장치의 송신 전력을 나타내고, M은 상기 신호 송신 장치가 포함하는 안테나들의 개수를 나타내고, K는 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하고 있는 신호 수신 장치들의 개수를 나타내고, hs는 s번째 안테나 그룹을 사용하는 신호 수신 장치의 채널을 나타내고, vs는 s번째 안테나 그룹에 적용되는 빔포밍 벡터(vector)를 나타냄.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 적어도 두 개의 안테나 그룹들을 포함할 경우,
    상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보와 상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹을 제외한 나머지 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보 중 하나를 포함함을 특징으로 하는 피드백 정보 수신 방법.
  15. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 수신 장치에 있어서,
    적어도 하나의 안테나 그룹 중 하나를 선택하는 제어부; 및
    상기 선택된 안테나 그룹의 식별자(Identifier: ID)와, 상기 선택된 안테나 그룹에 포함되는 적어도 하나의 안테나가 사용될 경우, 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 피드백 정보(feedback information)를 신호 송신 장치로 송신하는 송신부를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함하고,
    상기 하나 이상의 안테나 그룹은 상기 신호 수신 장치들의 개수 및 상기 피드백 정보가 포함하는 피드백 정보 비트들의 개수에 기반하여, 상기 신호 송신 장치에 포함된 복수의 안테나들이 그룹핑(grouping)되고,
    상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나의 안테나 그룹에 해당하는 채널 방향 정보 (Channel Direction Information: CDI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 평균적으로 획득할 수 있는 채널 품질에 관련된 정보임을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들의 개수는 상기 신호 송신 장치가 사용하는 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 체인(chain)들의 개수 보다 작음을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수는 상기 피드백 정보 비트들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 사용하는 송신 전력과, 상기 신호 송신 장치가 포함하는 송신 안테나들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하는 상기 신호 수신 장치들의 개수를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수 S는 하기 수학식을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
    <수학식>
    Figure 112021000395655-pat00019

    상기 수학식에서, P는 상기 신호 송신 장치의 송신 전력을 나타내고, M은 상기 신호 송신 장치가 포함하는 안테나들의 개수를 나타내고, K는 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하고 있는 신호 수신 장치들의 개수를 나타내고, hs는 s번째 안테나 그룹을 사용하는 신호 수신 장치의 채널을 나타내고, vs는 s번째 안테나 그룹에 적용되는 빔포밍 벡터(vector)를 나타냄.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 적어도 두 개의 안테나 그룹들을 포함할 경우,
    상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보와 상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹을 제외한 나머지 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보 중 하나를 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  22. 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 신호 송신 장치에 있어서,
    신호 수신 장치의 개수 및 피드백 정보 (feedback information)가 포함하는 피드백 정보 비트들의 수를 기반으로 상기 신호 송신 장치에 포함된 복수의 안테나들을 적어도 하나의 안테나 그룹으로 그룹핑(grouping)을 하는 제어부; 및
    상기 신호 수신 장치로부터 선택된 안테나 그룹의 식별자(Identifier: ID)와, 상기 선택된 안테나 그룹에 포함되는 적어도 하나의 안테나가 사용될 경우, 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보를 포함하는 상기 피드백 정보를 수신하는 수신부를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹들 각각은 적어도 하나의 안테나를 포함하고,
    상기 피드백 정보는 상기 적어도 하나의 안테나 그룹에 해당하는 채널 방향 정보 (Channel Direction Information: CDI)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  23. 삭제
  24. 제22항에 있어서,
    상기 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 평균적으로 획득할 수 있는 채널 품질에 관련된 정보임을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 신호 송신 장치가 사용하는 안테나 그룹들의 개수는 상기 신호 송신 장치가 사용하는 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 체인(chain)들의 개수 보다 작음을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수는 상기 피드백 정보가 포함하는 피드백 정보 비트들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 사용하는 송신 전력과, 상기 신호 송신 장치가 포함하는 송신 안테나들의 개수와, 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하는 신호 수신 장치들의 개수를 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹의 개수 S는 하기 수학식을 고려하여 결정됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
    <수학식>
    Figure 112021000395655-pat00020

    상기 수학식에서, P는 상기 신호 송신 장치의 송신 전력을 나타내고, M은 상기 신호 송신 장치가 포함하는 안테나들의 개수를 나타내고, K는 상기 신호 송신 장치가 서비스를 제공하고 있는 신호 수신 장치들의 개수를 나타내고, hs는 s번째 안테나 그룹을 사용하는 신호 수신 장치의 채널을 나타내고, vs는 s번째 안테나 그룹에 적용되는 빔포밍 벡터(vector)를 나타냄.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질에 관련된 정보는;
    상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 적어도 두 개의 안테나 그룹들을 포함할 경우,
    상기 적어도 두 개의 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보와 안테나 그룹들 중 상기 적어도 하나의 안테나 그룹들을 제외한 나머지 안테나 그룹이 사용될 경우 상기 신호 수신 장치가 획득 가능한 채널 품질을 나타내는 정보 중 하나를 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
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